数字电源控制器高速PWM更新模式探讨

dsPIC33CH/dsPIC33CK系列数字电源控制器芯片，在目前诸多典型应用中都得到了广泛使用。在闭环控制中，尤其是电压模式控制中，对PWM数据寄存器进行实时更新是必要的一个动作，本文主要就这一话题做一些分析和讨论。

一.PWM DATA缓存寄存器功能的说明

所谓PWM模块的BUFFER寄存器，就是PWM模块在以当前寄存器值运行时，允许其SFR特殊功能寄存器值进行改写，这些值先缓存在寄存器中，在后续的某一个时刻会应用在PWM模块的输出中。在芯片中允许进行BUFFER的寄存器及寄存器位如图1所示。

图1 具有BUFFER的PWM数据寄存器

从上图来看，具有BUFFER的寄存器包括常见的周期，相位，占空比，触发点，TRIGA,TRIGB,TRIGC等，也包含死区，交换功能，软件改写值位及使能位等。

二.PWM数据寄存器的更新模式及寄存器说明

数据更新的方式有哪些呢？具体说来，包含三种典型的方式，它们都可以事先用PWM模块来指定其更新方式。

首先，PWM模块可以允许在下一个周期初始时刻，将PWM寄存器的数据缓存值加载到PWM的内部数据寄存器中，这种方式较为简单明了。其次，PWM数据寄存器的值也可以被要求立即生效，这就是所谓的立即更新方式，这种情况会复杂一些，后面我们会详细描述这种更新方式涉及到的一些问题。最后，PWM数据寄存器的缓存值可以被HOLD OFF在缓存中，而等待外部事件去驱动一个更新动作，这个外部事件可以是其它PWM模块的更新动作。

图2 PWM数据更新模式相关寄存器说明1

图3 PWM数据更新模式相关寄存器说明2

图4 PWM数据更新模式相关寄存器说明3

图5 PWM数据更新模式相关寄存器说明4

涉及到PWM数据更新的问题，有三个寄存器位不得不提，那就是UPDMOD<2-0>,UPDATE bit及UPDREQ bit,如图2，3，4，5所示。

UPDMOD控制位决定了寄存器的更新模式，分为立即更新和SOC更新，及Client的立即更新和Client的SOC更新，后续我们会详细说明。

UPDATE bit的值可以让用户看到PWM数据更新处于什么状态，例如，UPDATE=0时，说明PWM数据更新已经结束，此时可以允许用户写入新的PWM寄存器值，从而开启新一次的更新，而UPDATE=1时，说明PWM数据更新正在Pending，此时用户不能写入新的PWM寄存器值，只能等硬件对UPDTAE清零后才能允许下一次的更新。

UPDREQ bit是允许用户写入1，写入1表示PWM模块锁定了写入的PWM寄存器新值，此时用户不能再改变PWM寄存器的值，一直到PWM更新结束后硬件清零了这个位。注意，UPDREQ bit读取的值永远为0.

图6 自动更新PWM数据寄存器说明1

图7 自动更新PWM数据寄存器说明2

默认状态下，用户必须要在UPDREQ中写1才能允许PWM寄存器更新，但是在实际的使用中，往往希望能够减小CPU的负担，所以使用自动更新的方式，那么，触发自动更新的动作，用户可以根据需要设定，如图6，7寄存器设置位UPDREQ<1-0>.

PGxDC是通常使用的寄存器更新的触发方式，一旦写入PGxDC寄存器值就认为PWM模块设置了更新命令。在变相位应用中，可以使用PGxTRIGA，PGxPHASE等进行触发更新设置。值得注意的是，这里被选择作为触发更新的寄存器一定要是最后一个更新的寄存器，更新了这个寄存器就认为所有寄存器都进行了值的更改。

三．同步多个PWM产生器的BUFFER更新

dsPIC33CH/dsPIC33CK中允许不同的PWM产生同步更新数据BUFFER寄存器，具体而言，采用对MSTENbit进行设置，MSTEN设置为1，则允许当前PWM产生器对其它PWM产生器进行广播更新要求及SOC信号，其UPDREQ和UPDATE bit可以广播给其它的PWM产生器。

如果其它的PWM产生器，也设置为了合适的接收模式，可参考图7所示表格，那么一旦它接收到了主PWM产生的更新信号，则它会将Local 自己PWM产生器的UPDREQ位设置为1，UPDATE位也会变为1.当Local PWM产生器进行了更新之后，UPDATE位自动被硬件清零。

图8 PWM数据更新模式分类

图8中给出了几种PWM数据的模式，其中SOC更新和立即更新是针对独立的PWM产生而言。Slaved SOC更新和Slaved立即更新是针对处于slave状态的PWM产生器接收主PWM更新信号后的PWM更新模式。

图9 PWM数据寄存器更新的注意事项

在图8所示的更新模式中，一个值得注意的地方，我们放在图9所示，针对SOC更新，UPDREQ的置位时刻需要和下一个PWM周期的边界保持一定的时间间隔，这样才能使得更新生效，否则数据更新将会被delay到接下来的一个PWM周期中。

图10 PWM定时周期和PWM数据更新的关系

由于PWM的运行模式及I/O输出模式会导致每一个PWM周期由不同个数的PWM定时器周期组成，那么在数据更新上也会有一定的区别，如图10所示，给出了不同PWM模式下的对应的PWM定时器周期个数，及定时器周期中断和数据寄存器更新的个数。

四．立即更新模式讨论

有些时候，为了PWM下达更新命令后尽可能快的去应用这个更新，那么可以选择立即更新模式，以避免不希望的事情在期间发生。

当进行PWM周期PGxPER更新时，这个更新会立即生效，但是，当需要更新的新的周期值小于现有周期PGxPER时，需要注意一下。存在一种情况，如果PWM定时器计时已经超过了这个新的变小的PGxPER，那么定时计数器就会计时到0xFFFF,然后Rollover,这必然会造成一个长的周期。遇到这种情况，一个比较安全的方式，是捕捉到发生更新的PWM时基值，然后写入一个安全的最小的PWM周期。

图11 对占空比的立即更新

对占空比的立即更新，有两种情况需要说明。一种情况是，更新命令发生时，PWM脉冲宽度已经结束，那么这个立即更新会延时到下一个周期生效。

另外一种情况是，新的脉冲较小，PWM计时周期已经超过了它，而此时发生了PWM立即更新命令，那么PWM的下降沿会消失，所以产生一个100%占空比的当前PWM周期。

当进行相位更新时，新的PWM正在进行，若新的PWM相位大于现有的PWM相位，则PWM相位更新立即生效。

特殊的情况需要注意，当相位偏移减小或者脉宽变长时，如果需要立即更新，则最好对PWM发生更新的时基捕捉，然后去更新占空比和相位，一个安全的相位可以写入。

当新的相位小于现有相位时，而PWM计时定时器已经超过了这个新相位，那么在当前PWM周期中，会产生占空比为0%的周期。

五．PWM死区的更新的简单讨论

如果在PWM波形中，死区正在进行，如果针对死区需要立即更新，那么死区时间在更新后将会加长。这是因为若死区未结束时，死区计数器会在立即更新后重新装载，那么就会变为更长的死区。不过，在下一个周期中会变为更新后的正常死区。